Metanógenos

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Los metanógenos  son arqueas que producen metano como subproducto metabólico en condiciones anóxicas. Están ampliamente distribuidos en humedales , donde forman metano (gas de pantano) y en los intestinos de mamíferos rumiantes y humanos, y son responsables de la flatulencia . [1] En los océanos profundos , la biosíntesis de metano por parte de las arqueas suele ubicarse espacialmente en las salidas de sulfato . [2] Algunos son extremófilos y viven en aguas termales ya grandes profundidades, así como en rocas y a muchos kilómetros de profundidad en la corteza terrestre.

Fisiología, ecología

Su metabolismo se reúne a temperaturas de 0 a 70 °C, algunos son capaces de funcionar incluso a 90 °C, a temperaturas más altas mueren. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la eficiencia metabólica. El medio bacteriano metanogénico debe tener un pH anaerobio, neutro o ligeramente alcalino y contener al menos un 50% de agua. Es por esto que se encuentran con mayor frecuencia en: pantanos, cultivos de arroz, estiércol , purines o en el sistema digestivo de los rumiantes. Los inhibidores de bacterias metanogénicas son: ácidos orgánicos, oxígeno y desinfectantes. También viven en: los intestinos de los vertebrados y el sistema digestivo de las termitas .

Algunos de ellos, los llamados hidrótrofos , utilizan hidrógeno como fuente de energía (agente reductor) y dióxido de carbono como fuente de carbono. Parte del dióxido de carbono reacciona con el hidrógeno, produciendo metano y creando un gradiente de protones a través de la membrana, que se utiliza para sintetizar ATP . Por el contrario, las plantas y las algas utilizan el agua como agente reductor. Otros metanógenos usan acetato (CH 3 COO − ) como fuente de carbono y fuente de energía. Este tipo de metabolismo se llama "acetotrófico", donde el acetato se descompone para producir dióxido de carbono y metano. Otros metanógenos pueden usar compuestos metilados, como metilaminas , metanol y metanotiol .

Los metanógenos desempeñan un papel ecológico vital en los entornos anaeróbicos al eliminar el exceso de hidrógeno y los productos metabólicos anaeróbicos que producen otras formas de microorganismos. Los metanógenos generalmente crecen activamente en ambientes donde todos los demás aceptores de electrones (oxígeno, nitratos, sulfatos y hierro férrico) están agotados. Alrededor de 50 especies de 17 géneros tienen la capacidad de formar metano, todas las cuales pertenecen a las arqueas de la división Euryarchaeota . Tradicionalmente, se las considera como un grupo de bacterias formadoras de metano, sin embargo, filogenéticamente es muy heterogéneo. Hay cuatro clases que incluyen 6 órdenes: Methanobacteria ( Methanobacteriales ), Methanococci ( Methanococcales ), Methanopyri ( Methanopyrales ) y Methanomicrobiales con 3 órdenes ( Methanomicrobiales , Methanosarcinales y Methanocellales ). Methanopyrales es filogenéticamente el más antiguo, mientras que Methanosarcinales es el más joven [3] [4] [5] . El orden Methanocellales , descubierto en 2008, está relacionado con las arqueas Methanocella paludicola y Methanocella arvoryzae , que se encuentran en el suelo de los arrozales. Se dedican a la metanogénesis autótrofa. Methanoplasmatales , que están relacionados con Thermoplasmatales , fueron propuestos en la literatura como el séptimo orden [6] pero luego renombrados como Methanomassiliicoccales . [7]

Tratamiento de aguas residuales

Los metanógenos son ampliamente utilizados en reactores anaerobios para el tratamiento de aguas residuales, así como contaminantes orgánicos acuosos. La industria ha elegido los metanógenos por su capacidad para realizar la biometanización durante la descomposición de las aguas residuales, lo que hace que el proceso sea sostenible y rentable.

La biodegradación en un reactor anaerobio implica una acción cooperativa de cuatro etapas realizada por varios microorganismos. El primer paso es la hidrólisis de materia orgánica polimerizada insoluble por anaerobios como Streptococcus y Enterobacterium . En el segundo paso, los acidógenos descomponen los contaminantes orgánicos disueltos en las aguas residuales en ácidos grasos. En el tercer paso, los acetógenos convierten los ácidos grasos en acetatos. En el último paso, los metanógenos metabolizan los acetatos a gas metano. El subproducto metano sale de la capa de agua y sirve como fuente de energía para el tratamiento de aguas residuales en el digestor, creando así un mecanismo autosuficiente.

Los metanógenos también reducen efectivamente la concentración de materia orgánica en los efluentes. Por ejemplo, las aguas residuales agrícolas ricas en materia orgánica son una de las principales causas de la degradación de los ecosistemas acuáticos. Los desequilibrios químicos pueden tener consecuencias graves como la eutrofización . A través de la digestión anaerobia, el tratamiento de aguas residuales puede prevenir floraciones inesperadas en los sistemas acuáticos y también retrasar la metanogénesis en los digestores. Esto libera biometano para la producción de energía y evita que el potente gas de efecto invernadero, el metano, se libere a la atmósfera.

Los componentes orgánicos de las aguas residuales varían mucho. Las estructuras químicas de la materia orgánica se eligen para metanógenos específicos para llevar a cabo la digestión anaerobia. Un ejemplo es que los miembros del género Methanosaeta dominan la digestión de las aguas residuales del efluente del molino de aceite de palma (POME) y los desechos de la cervecería. La modernización de los sistemas de tratamiento de aguas residuales para incluir una mayor variedad de microorganismos para reducir la materia orgánica en el proceso de tratamiento se está investigando activamente en el campo de la ingeniería microbiológica y química. Las nuevas generaciones actuales de reactores anaeróbicos multifásicos en fase y sistemas de reactores de lodos ascendentes están diseñados con características innovadoras para soportar efluentes de aguas residuales de alta carga, temperaturas extremas y posibles compuestos inhibidores.

Representantes

Enlaces

  1. Joseph W. Lengeler. Biología de los Procariotas  . - 1999. - Pág. 796. - ISBN 0632053577 .
  2. JK Kristjansson, et al. Diferentes valores de Ks para el hidrógeno de las bacterias metanogénicas y las bacterias sulfato-reductoras: una explicación de la aparente inhibición de la metanogénesis por el sulfato   // Arch . microbiol : diario. - 1982. - vol. 131 . - pág. 278-282 . -doi : 10.1007/ BF00405893 .
  3. Rudolf K. Thauer, Anne Kristin Kaster, Henning Seedorf, Wolfgang Buckel, Reiner Hedderich: Arqueas metanogénicas: diferencias ecológicamente relevantes en la conservación de energía. En: Nature Reviews Microbiología. Banda 6, No. 8, 2008, PMID 18587410 , doi : 10.1038/nrmicro1931 , S. 579-591.
  4. S. Sakai et al.: Methanocella paludicola gen. nov., sp. nov., un archaeon productor de metano, el primer aislado del linaje 'Rice Cluster I', y propuesta del nuevo orden archaeal Methanocellales ord. nov. En: Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva. Banda 58 (Pt 4), 2008. PMID 18398197 , S. 929-936. PDF  (enlace no disponible) (freier Volltextzugriff, engl.).
  5. S. Sakai et al.: Methanocella arvoryzae sp. nov., un metanógeno hidrogenotrófico aislado del suelo de un campo de arroz. En: Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva. Banda 60 (Pt 12), 2010. PMID 20097796 , doi : 10.1099/ijs.0.020883-0 , S. 2918-2923.
  6. K. Paul et al.: 'Methanoplasmatales': Las arqueas relacionadas con Thermoplasmatales en las entrañas de las termitas y otros entornos son el séptimo orden de los metanógenos. En: Microbiología Aplicada y Ambiental. 2012, PMID 23001661 , doi : 10.1128/AEM.02193-12 .
  7. Beschreibung: Diversidad, ultraestructura y genómica comparativa de “Methanoplasmatales”, el séptimo orden de  metanógenos . Consultado el 22 de abril de 2018. Archivado desde el original el 22 de abril de 2018.

Véase también